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シグナル伝達転写因子(STAT)と遺伝子発現調節: STATs (Signal transcrptionand Activators of transription)s and Gene Regulation

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STATs (Signal transducers and Activators of Transcription) は35アミノ酸以上の長さ細胞質たんぱく質である。細胞が様々な細胞外ポリペプチドと出会ったときに、遺伝子の制御に参加するために起動される(Darnell 1997)。分子遺伝学的な研究により、リン酸化チロシン部位、二量体において相手のリン酸化チロシンに結合するSrc類似部位、DNA結合部位、たんぱく質相互作用部位が見つかっている。マウスの遺伝学的な研究により、哺乳類のSTATの様々な重要な役割が分かってきた。ショウジョウバエ(Drosphila)と細胞性粘菌(タマホコリDicyosetlium dicoideum)でもSTATが発見されたことは、これらのたんぱく質の機能の起源が非常に古いことを示している。

哺乳類においては、7つのSTATが発見されている。Stat1とStat4はマウスの染色体1(人間の染色体2のq12からq33に対応)に、Stat3、5A、5Bはマウス染色体11(人間の染色体12のq13からq14-1に対応)に、Stat2、6はマウス染色体10(人間の染色体17のq11からq22)にマップされている。Stat1、3、4、5Aと5Bは750-795アミノ酸残基を持ち、Sat2と6は、850アミノ酸残基の長さである。様々なスプライシングによってさらに多くの種類のペプチドが作られているようだが良くわかっていない。

35個の細胞外ペプチドが、STATを活性化する結合基であることが分かっており、様々な生物イベントで機能している。3つのSTATは狭い活性化特性を持つ。Stat2はIFN-αのみで活性化する。Stat4はリンパ球において、IL-12とIFN-αによって活性化される。Stat6はIL-4とIL-13によってのみ活性化する。一方、Stat1、3、5Aと5Bは、たくさんの違う結合基で活性化することが分かっている。

では、STATはどのように特定の生物反応をトリガしているのであろうか?同じ細胞には、同じSTATを活性化する受容体は一つしかないことがその答えになっているかもしれない。例えば、Stat5を活性化するIL-2の受容体はエリスロポイエチン、トロンボポイエチン、プロラクチン、そして成長ホルモンの受容体はそれぞれ別の細胞の別の分化段階で存在している。したがって、Stat5は赤血球前駆細胞においてはエリスロポイエチンによって活性化され、乳房細胞においてはプロラクチンによって活性化され、既に存在している違った転写因子と協力して別の転写制御に関与する。

無脊椎動物でもショウジョウバエでStat92Eが発見された[2,3]。Stat92Eに対応するmRNAの発現パターンにより、このたんぱく質の初期胚における役割が明らかになった。

Williamns et al. [4]は、Dictystelium discoideum(粘菌の一種、タマホコリ)においてDIF(分化励起因子)によるpre-stalk細胞の分化に必要なDNA結合たんぱく質のクローンに成功した。DIFは細胞膜に可溶の親油性分子であり、細胞の中に入って活動すると考えられ、したがって、遺伝子活性化ペプチドによりも、ステロイド超族の活性化因子に似ている。新たに発見されたDNA結合因子は、700残基の長さを持ち、その活性化型はリン酸化チロシンを持っている。さらに、特にSH2領域がかなりSTATに似ている。もし、これが本当にSTATであれば、哺乳類のSTATは非常に古い起源を持つことになる。

[1] Darnell, D. E. Jr., 1997, STATS and Gene Regulation, Science, 277, 1632-1635
[2] Yan, R. et al. Cell, 84, 421.
[3] Hou, X.S. et al. Cell, 84, 411.
[4] Tanaka, T. et al. 1997, Cell, 89, 909.

天明の大飢饉、今でもリスク 玄米備蓄のすすめ

 わが家では、有事に備えて玄米を備蓄している。そのきっかけは、火山噴火だった。2010年の春(3月から4月)にアイスランドのエイヤフィヤトラヨークトル火山が噴火した。欧州の主要空港が閉鎖され、多くの観光客が足止めを食ったので覚えている方も多いだろう。このとき、私が思い出したのは1782年から88年にかけて起こった天明の大飢饉(ききん)である。日本の近世では最大の飢饉だったといわれている。天明の飢饉も、同じアイスランドのラキ火山とそれに引き続くグリムスヴォトン火山の1783年から85年にかけての噴火が原因だったとされている。

 2010年の噴火の火山性ガスの噴出量は、4月終わりの時点で、1784年の噴火の噴出量の最初の部分のそれとあまり変わらなかった。私はこれで、ここ数年で飢饉が来ると踏んで、玄米の真空パックを大量発注し、居間に積み上げたという次第である。幸いにして、2010年の噴火は5月に入ると終息に向かった。一方、1783年の噴火は5カ月続き、さらに別の火山も噴火した。このとき噴出した火山灰と硫化物が地球成層圏に数年間滞在したため、全球的に異常気象が続いた。その結果、農産物が大被害を受けて食糧不足となり貧困と飢饉が欧州全体に広がった。1789年のフランス革命の一つの要因とも考えられている。
 実は最近でもそれに近い現象が起きたことを覚えておられるだろうか? 1991年にフィリピンのピナツボ火山が20世紀で最大規模の大噴火を引き起こした。その後、全球的に冷夏傾向が続き1993年に日本では平成コメ騒動が起こった。現代科学技術は干魃(かんばつ)による不作は克服したが、冷夏による不作を完全に克服するには至っていないのだ。

 その後2011年には日本で大震災が起こり、いろいろな事件が起こったが、居間にコメが備蓄してあって、アパートに立て籠もっても何とか食いつなげるという安心感は大変ありがたかった。その備蓄の最後の段ボールがまだわが家の居間にある。この4年前の超古古米をいまだにありがたくいただいている。真空パックした玄米は、ほとんど変質していないと私は思う。

 日本は、自給が可能なコメに関しては少なくとも3年分の備蓄を持つべきだと感じている。いったん全球的な異常気象が始まったら、食糧輸入が困難になる。それに備えなければならない。まず、家庭で1年分ぐらい備蓄しよう。玄米真空パックであれば、特別な設備はいらない。食糧不足になったときに、一番困るのはわれわれ消費者だ。家族の命を守るため、大事なことだと思う。スペース的に困難な場合は、生産者か卸売・小売業者に保管を依頼する「貯米」(銀行にお金を「貯金」するようにコメを預ける)を考えてもいいと思う。次に、生産者も少なくとも1年分ぐらいの在庫を持っていてほしい。人間は、1カ月食べなければ確実に死ぬ。食糧安全保障の観点から、日本の農業を守れというなら、1年分の在庫を常に確保し安定供給のための万全を期す態勢を取ってほしい。

 最後に国家も1年程度の備蓄を持つべきだ。今、天明の大飢饉が再発しても、日本では一人の餓死者も出さないための万全の態勢を考えよう。さらに、気候が不順になると、食糧不足から近隣諸国で政治不安が表面化するのは歴史の教えるところである。それが日本に波及しないよう、外交・軍事の面でも油断なきように願いたい。

フジサンケイビジネスアイ2015年6月25日掲載
許可を得て転載

農村衛生研究所設立趣旨文:The purport of Farmer's Sanitation Institute

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左:李永春(イ・ヨンチュン)博士の胸像。

右:李永春家屋に展示してあった農村衛生研究所設立趣旨文の写真。

韓国のシュバイツアーと称される李永春(イ・ヨンチュン)博士の手による農村衛生研究所設立趣旨文。2013年5月に母とその故郷である韓国の群山を訪ねた折に、李永春家屋を訪問し、そこに展示されていた本文の写真を撮影し、その翻訳を同行してくれた金允智(キム・ユンジ)さんにお願いしていた。翻訳されてきた文章は、国民の困難に立ち向かう高潔な博士の人柄を反映し、素晴らしいものだった。特に、最後の「態度」の部分は、そのまま理化学研究所のモットーにしてしたいほどのものだ。

母は帰国後、あの建物と風景は見覚えがあると言い出した。小学校の時にアデノイドの切除手術のために入院したという。その執刀は、李永春博士ご自身だったかもしれない。

李永春家屋は、当時この周辺の大地主だった熊本利平が立てた別荘だった。日本の京大に入学して韓国最初の医学博士となった李永春博士は、熊本農園で医者として働く傍ら、韓国農村部の衛生状態の改善のため、農村衛生研究所の設立を志した。熊本氏は、その意義を認め、熊本農場の利益で農村衛生研究所の運営費を支弁することに合意したが、日本の敗戦でそれがご破算になったという。その後、李永春博士は大変な苦労をして、農村の衛生状態の改善に努力し、韓国のシュバイツアーと称されるほどの業績を残した。
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農村衛生研究所設立趣旨文

研究所の目的と態度

個人の一生に長短と盛衰があるように、民族においても盛衰興亡がある。

人類史上、輝かしい文化を作り上げたローマとギリシア民族は、都市の文化生活の産物である贅沢と享楽、堕胎の流行と健康の衰微により、民族生物学的退行現象の現れと共に、異民族による置換で衰亡した事実は、歴史的文化民族と現代の文化国家でも、事実として立証されつつある。民族の将来は、正に、その民族の健康(質)と人口の増加(量)にかかっていることが分かる。

我々は、過去40年間異民族の統治下で苦しみながらも、民族の純粋性と固有文化を確保しつつ、現代文明を吸収し、社会の各方面で多くの発展を成し遂げた。しかし、このような発展は都市部に集中していて、我等の農村は40年前とあまり変わらず、むしろ、農村の核となるべき人物のほとんどが都市に移住してしまっている。まるで、活気を失った去勢者のようだ。

我等の人口の7割は農民で構成されている。それは、農民の健康な農村文化の発達の可否が、民族と国家の運命を決定するということであろう。都市の文化だけ高度発達を遂げたとしても、半身不随的な役割に過ぎないということを、識者たる者は厳粛に省察するべきである。

私は過去15年間、農村医生活での体験と調査を通して、民族退化という逆現象が展開されていることを切実に感じている。この状態が放置されると、将来的に歴史的な衰亡を繰り返すしかない運命であると痛感している。

結核病は年々蔓延し、農民の1割5分は暫定性梅毒患者である。また、9割内外が寄生虫の宿主で、そのうち十二指腸虫と肝臓ディストマように、命に危険を及ぼす寄生虫が、地域的な差はあるものの、徐々に増加しつつある。以上の3代疾患は、民族毒の代表者である。尚、世界最高位の乳幼児死亡率、各種急性伝染病は、文明国では珍しい疾病である。多くのの疾病、飲料水と衣・食・住の不完全、不健全な生活環境など、農村は一般の想像を超える健康を妨げる条件で充満している。

このような状況を対処する現代医療施設、公衆衛生と生活指導は、ほとんど行なわれておらず、命の保護を訴えることもできない。原始的な民間療法と漢方治療に頼り、または、巫女の祈りに命を託すなど、貧困と疾病の二重苦で苦しむのが農村民の実情である。

1646年、国際連合は、世界保健機構規約で、健康というものは完全な身体、精神及び社会的福祉を受けられる状態を言うものであり、決して、疾病が無く、弱くない状態であることだけを言っているわけではないとしている。最高水準の健康を享有することは、人種、宗教、政治、経済、社会の情勢に関係なく、全人類に与えられた権利であり、安全保障の基礎である。一つの国家の健康増進保護の達成は、一般市民、多くの国家の利益になるため、各国の政府は、国民健康確保に重大な責任があると宣言した。

新生大韓民国が国際舞台の一員として登場するようになった今日、政治家と医学者、全ての指導層が、民族の健康動向を正確に把握、認識し、確固たる国策の樹立と実践をすることで、民族の進路に希望と光明が見えてくることを期待してやまない。

農村に居住し、農村の現実に関心を持っている私は、世界保健機構創立精神に順応しながら、過去の農村医療事業を基礎とし、農村衛生研究所を創立、健康な農民を育成することで農村文化発展を図りたいのである。

1948年11月
研究所長 李永春(イ・ヨンチュン)


目的

1.民族の永遠な発展は、健全な農村にその源泉があることを確信し、医学上合理的に擁護したく、研究、努力する。(農村衛生)

2.現代公衆衛生学の理論と指導原理を応用し、農村社会と農民生活を究明批判して、健康を妨げ、体力を消耗させる生活条件とその内容を改善、革新する。(調査研究と衛生指導)

3.農村の現実は、医療施設を至急求めている。したがって、医療施設の普及、促進と共に、公衆衛生指導の実践をすることで、医学の両面活動を展開する。(医療施設の普及)


態度

1.祖国文化建設の目的達成は、知識と技術だけでは到達できないと信じている。真理を探究する科学者には、奉仕の道徳と人格の修練が求められる。我等は、知識技術の練磨と共に、人格の修練を、この研究所の基本的態度として定めたい。(奉仕の道徳、人格の修練)

2.我等の農村の現実は、あまりにも難関が多すぎる。しかし、その難関を解決しなければならない現実と向き合っている。そのため、研究者は、多大な忍耐と努力が求められることを覚悟し、それを勇敢に突破して行こうとする。(忍耐と努力)

3.我等の事業は、国家と社会の絶対的な理解と協調を要求する。特に、青年医学生の奮発と協調で、使命を完遂していく。(協調精神)

翻訳:金允智(キム・ユンジ)

国際プロジェクト成功に不可欠な資質: Japanese Scientists in International Projects

最近、科学プロジェクトの多くが大型化して一国では賄うのが不可能になってきた。その結果、複数の国が協力し合って計画を推進する国際プロジェクトが増えている。その多くが、費用の50%近くを出す「主幹国」が存在しない「真の国際プロジェクト」となっている。

 こうしたプロジェクトの運営は複雑だ。半年に1回程度回り持ちで、コラボレーション会議を行い、そこで主要な成果を報告し、重要な案件を協議して決定するようにしている。コラボレーションの代表者は、主要な指導者で組織する運営会議でお互い話し合って選び、彼(または彼女)を補佐するさまざまな役割を分担する。当然、何かにつけて意見が分かれる。いくつかある技術的オプションの中でどれを、いつ、どのような手順で選択し、決定するかなど議論をすればきりがない。

 指導者同士で激論が続くこともある。その議論の中で、今までわからなかった問題点が次第に明確になり、その解決策を見つけて実効性を確認する過程が進行し、議論が収束してゆく。一方、両者が意地になって感情的な水掛け論が続き、議論がかみ合わなくなって、コラボレーションの運営に支障をきたす場合も少なくない。

 多くの日本人科学者が、このような国際プロジェクトに参加している。私が知っているのは天文と宇宙物理関係のほんの一握りの例であるが、地味ながら重要な部分を任されてコラボレーション全体から頼りにされている例が多いように見受けられる。少々、不思議に思い、自分の経験にも照らして考えた結果、多くの日本人科学者が、国際プロジェクトの成功になくてはならない資質を備えているのかもしれないと考えるようになった。それは、自分の名誉や利益よりも、プロジェクトへの忠誠心が高いことである。

 国際プロジェクトでリーダーシップを発揮するには、単に「よいアイデア」を持っているだけでは不十分だ。議論が暗礁に乗り上げたとき、対立する主張の良いところを取って、みんなが賛成できなくもない「落としどころ」を探る必要がある。それには、対立する両派の間で、右往左往するだけではうまくいかない。現状の問題点を正確に把握して、第3案を構築し、その確立に向けて静かに行動し、自分の技術と経験でそれを実証して見せる能力が必要だ。また、無視されがちな小国の不満も聞いて代弁する必要もある。本質的に重要な事項に関しては、万難を排して死守することも重要だ。

 日本人は小さな島国で資源を分け合って暮らしてきた。日本の中で「勝者がすべてを取る」という論理では、社会がうまく回らないことを肌で知っている。だから、争いを好まず「喧嘩(けんか)両成敗」を心がけ、「落としどころ」を探し、平和裏に折り合いをつけるよう努力を惜しまない。

 科学の世界だけではない。新興国の台頭など国際関係が複雑化する中で、圧倒的な軍事力を誇る超大国でも、それだけではリーダーシップを発揮できず、問題を解決できなくなっている。いわば「世界が日本化している」ともいえ、日本人が培ってきた特質が必要とされるのは当然のことかも知れない。

 侍は「奉仕する者」という意味であるという。そんな「サムライ精神」を持った日本人は、今後ますます世界で活躍するに違いない。

フジサンケイビジネスアイ 高論卓説 2015年5月19日
http://www.sankeibiz.jp/macro/news/150519/mca1505190500002-n1.htm
許可を得て転載

1st Workshop on Laser solutions for Orbital Space Debris報告

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2015年4月27日と28日の二日間で1st Workshop on Laser solutions for Orbital Space DebrisがパリのAstroParticule and Cosmology研究所で開催された。組織委員は、Christophe Bonnal, Prof. (Senior expert- Technicla Directorate - CNES - Launcher Directorate), Philippe Gorodetzky, Dr. (AstroParticule and Cosmology),
Gerard Mourou, Prof. (Director of IZEST - Ecole Polytechnique), Claude Phipps, Dr.
(Managing Partner - Photonics Associates, LLC), Mark Quinn, Dr (IZEST - Ecole Polytechnique)である。日本からは戎崎俊一(理研)、佐宗章弘(名古屋大学)、北澤幸人(石川島播磨、JAXA)が参加した。ヨーロッパを中心に約50人の研究者が参加した。
まず、会場であるAstroParticule and Cosmology (APC)研究所の所長であるS. Katsanevas博士から、挨拶と研究所のとの概要説明があった。APCはAstroParticle Physicsと宇宙論の研究を行う天体物理の研究所であるまた、パリ工科大学のIZESTの概要説明があった。IZESTは、超高輝度レーザーを使った次世代加速器の技術的・理論的基盤を企画する国際組織である。さらに、フランス宇宙機関のBonnal博士から宇宙デブリの憂うべき状況とその解決にレーザー技術が果たすかもしれない役割についての期待を述べた。
まず、Laser Tracking sessionでは、地上の観測所からのライダー観測によってデブリの検出感度と軌道決定精度の向上に関する4つの講演があった。現在、衛星は年に数回のデブリ回避運動を強いられており、軌道決定精度の向上によりその数が減ることが期待されている。また、衝突の可能性が高い場合は、軌道を少し変更して衝突を避けるnudgingが、現実的なデブリ増殖をとめる重要な選択肢であるとの指摘があった。
午後のLaser interactions sessionでは名古屋大学の佐宗が、レーザーによるプラズマアブレーションによる反力の発生過程の実験的研究を紹介した。また、真空チェンバー内で宇宙機のプラモデルの回転がタイミングを合わせたレーザーパルスにより効率的に止めた実験のビデオとその結果の紹介を行った。この実験は会議参加者の多くから強い興味が示された。また、Rutherford Appleton研究所のNeely博士から、レーザーパルスを短くして最大輝度を高くしても、100ps以下では、プラズマとの相互作用によりカップリング係数(反力とレーザーエネルギーの比)が向上しないことの実験的研究の説明があった。
 さらに、Ground Based Remediation sessionでは、地上のライダー観測施設のレーザー出力を強化して、地上から射出した高輝度ビームによりデブリの起動速度を変えてNudgingもしくは再突入に導く可能性についての研究報告があった。大気を通してレーザービームを照射するので、大気による屈折と擾乱を如何に抑えるもしくは補正するかが重要である。その観点からレーザーガイドスターを使った補償光学システムの報告もあった。
二日目の28日の午前のLaser technology sessionでは、ファイバーレーザーを多数並列に使ってファイバーの本数に比例して出力の向上するCAN (Coherent Amplification Network)技術の紹介があった。すでに、フランスのThalesでは、百本レベルのビーム並列発振が実現されたとの報告があった。これを宇宙機に搭載できる可能性がある。また、レーザーの励起光に太陽光を直接使う太陽光励起レーザーの開発が紹介された、太陽光からの変換効率として5%程度、出力として数十Wのレーザーシステムが実現しているとの報告があった。
 午後のSpace Based Remediation sessionでは、戎崎が最近発表した超広視野望遠鏡EUSOとCANレーザーを組み合わせたデブリ除去ミッションに関して報告した。EUSOは超高エネルギー宇宙線観測用に15年かけて理研、APCなどの研究者が協力して開発してきた。この望遠鏡は100km距離にあるデブリの太陽光反射を検出することが可能である。それで位置と運動方向を決め、レーザー探索ビームで位置と距離を正確にきめて、高輝度レーザーによる軌道変更を行うというアイデアである。多くの技術的困難が存在しているが、国際宇宙ステーションをそのテストベッドとして使用し、技術実証を繰り返し行うことで、その多くが克服できると主張された。多くの参加者が強い興味を示し、今後真剣に検討すべき新しい可能性であることが認識された。また、APCのGorodetzky博士からmini-EUSO (口径25cm)の小型EUSO宇宙ステーションに2017/18搭載予定なので、それにタイミングを合わせてレーザーを用意できれば、最初の技術実証実験(検出とレーザー照射)が可能であるとの報告があった。
 宇宙物理、宇宙工学、レーザー工学など様々な分野の研究者が集まってそれぞれのアイデアを交換できた大変有意義な研究会で会った。最後に次回会合として、佐宗が、2016年ごろに名古屋大学で開催する可能性があることを提案し、今後具体的な検討がなされることとなった。
以上
2015年4月28日
戎崎俊一(理研)、佐宗章弘(名古屋大)

宇宙デブリ除去のための実証実験を宇宙ステーションで行う Demonstration designs for the remedation of space debris from the International Space Station

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Ebisuzaki et al (2015)は、超広視野望遠鏡(EUSO)と新規な高効率ファーバーレーザーシステム(CAN)で構成された宇宙デブリ除去システムの段階的な実施方法を提案した。概念実証段階は、国際宇宙ステーション(ISS)で実施される。口径2.5mの屈折光学系を持ち±30度の視野を持つEUSO望遠鏡は、国際宇宙ステーションで超高エネルギー宇宙線観測のために運用されるよう設計されているが、ISS軌道近くの宇宙デブリを検出する目的にも使うことができる。さらに詳細な、トラッキングと除去は、EUSO望遠鏡と並んで設置されたCANレーザーシステムが行う。強いレーザー光をデブリに集中するとその表面からプラズマが噴出する。その反力を利用して減速し、再突入に導く。

実機モデルにおいては、100kmの距離から1-10cmの宇宙デブリを検出し除去することが可能である。これらは非常に多数(100万個程度)あるうえに地上からの観測ではとらえきれないので、最も危険とされている。技術実証は、次第にシステムを大きくしながら段階的に行う。まず、第一段階は、宇宙ステーションに設置予定のmini-EUSO望遠鏡で検出し、ISSに設置する100ファイバーCANレーザーで照射の技術実証を行う。第二段階では、実機スケールのEUSO望遠鏡とで10000本のファイバーを持つCANレーザーで、1-10cmの宇宙デブリ除去の実機実証を行う。最終段階では、高度800kmの極軌道に専用の宇宙機を打ち上げて、5年間の運用でこれらの軌道にある危険なデブリのほとんどを除去する。

Ebisuzaki, T. et al. 2015, Demonstration for the remedation of space debris from the International Sopace Station, Acta Astronautica, 112, 102-113.

鉱物の光触媒による太陽エネルギーを使った非光栄養微生物の増殖 Growth of non-phototrophic microorganism suing solar energy through mineral photocatalysis

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化学独立栄養生物は、水素、アンモニア、亜硝酸塩などの無機化合物を酸化することによりエネルギーを得て二酸化炭素から有機化合物を作る。これまで、太陽光に依存した代謝の中で、これらの非光独立栄養生物の役割は考慮されてこなかった。彼らは光に感度を持つ化合物を持っていないからである。しかし、彼らが、半導体鉱物などの無機的な媒介物を通して太陽エネルギーを得ることは可能である。光独立栄養代謝の進化には金属と金属を含んだ鉱物の役割が重要であるように、鉱物は非光独立栄養生物に太陽エネルギーを提供するのに重要な役割をしている可能性がある。半導体鉱物であるルチル(TiO2)、閃亜鉛鉱(ZnS)、ゲータイト(FeOOH)は自然界における光触媒反応に関与している。入射光の光子のエネルギーが、価電子帯と伝導帯の間の禁止帯のエネルギー間隔以上だと、光電子・正孔ペアがそれぞれ伝導帯と価電子帯に作られて、エネルギーを放出して還元反応を駆動する。このエネルギーは、間接的に非光独立栄養生物によって回収される可能性がある。

Lu et al. (2012)は、太陽エネルギーが光触媒半導体によって化学エネルギーに変換され非光独立栄養生物の成長を助長することを実験で確認した。微生物の増殖速度が、照射した光の強さと波長に依存することが示され、それが光触媒半導体の吸収スペクトルと一致することが確認された。光子から生体物質への変換効率は0.13-1.90‰で、通常の光合成に比べてかなり非効率である。

1) Lu, A. et al. 2012, Growth of non-phototrophic microorganisms usingsolar radiation through mineral photocatalysis, Nature Communications, 3, 768.

還元TCA回路の光触媒による駆動: Driving the reactions in reverse TCA cycle by photocatalysis.

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還元TCA回路におけるオキザロ酢酸からリンゴ酸(1)、フマール酸からコハク酸(2)、コハク酸からオキソグルタル酸(3)、オキソグルタル酸からオキザロコハク酸(4)、オキザロコハク酸からイソクエン酸(5)の5つの還元反応が、硫化亜鉛 (ZnS)のナノ粒子の光触媒効果によって、駆動されることが分かった(Zhang and Martin 2006)。反応を駆動する還元力は半導体であるZnSの伝導帯電子が供給する。伝導帯電子を作るために、3.6eV (344 nm)以上の紫外線を必要とする。反応(3)と(4)では、CO2分子が一個づつ有機酸のなかに取り込まれる。

1) Zhang, X.V. and Martin, S.T., 2006, Driving Parts of Krebs Cycle in Reverse through Mineral Photochemistry, J. Am. Chem. Soc., 128,
16032-16033.

風評被害を根絶する検出器:Radiation Detector roots out the damage from harmful rumors

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東日本大震災から4年がたちますが、震災の影響は色々なところに残っています。福島県の農民は原子力発電所の事故で放出された放射性セシウムの風評被害に悩まされています。作った野菜や果物、お米に放射性セシウムが含まれているのではないか、という不安から売れなかったり、安い値段でしか買ってもらえないという事が起きています。私たちはこの状況を変えるには、すべての農産物の放射線量を測定し、販売できればよいと考えました。ところが、これまでの検出器は感度を持つ部分(シンチレータ―)が底面にしかなかったので、野菜のような形のあるものを測定すると、感度部分への平均距離が変わるため、放射線量が正確に測れませんでした。そのため、食品を小さく破砕してから測定していますが、破砕作業は大変な手間がかかります。また、測定後の破砕された試料は捨ててしまわなければなりませんでした。

試料を包み込むようにシンチレータ―を配置すれば、どんな形をしていてもシンチレータ―までの平均距離があまり変わらないので、破砕しなくても正確な測定ができますが、現在使われているシンチレーターを用いるととても高額になります。そこで、原子力発電所事故由来の放射性セシウムと天然由来の放射性カリウムの割合もわかるような工夫を施した、低コストで加工が容易なシンチレーターによる測定システムを開発しました。魔法瓶サイズの円筒形にシンチレータ―を成形し、その中に果物や野菜、魚をそのまま投入し、その中の放射線量が測れる検出器を開発しました。

この原理を使った検出器が共同研究先である株式会社ジーテックにおいて製品化され、福島県内の農協や道の駅、幼稚園などで利用が始まっています。目の前で測定し、実際に放射能がないことを確認してそのまま売買したり、園児たちの給食に供したりできるので、農民やお客さん、給食担当者の反応も上々です。福島の農産物の多くが測定値付きで店頭に並ぶようになりつつあります。もちろん、ほとんどの作物が基準を大きく下回って安全なことを示しています。今後は、装置を大型化してトロ箱に入れた魚介類や野菜をそのまま測定できる装置などに展開したいと考えています。折から、福島県相馬港の試験操業が始まっています。

最後に、これが実現できたのは、シンチレーターのさまざまなところで発生する光子をあまさず丁寧に拾い集める一連の技術とノウハウがあったからであることを強調したいと思います。これは、宇宙からくる微弱な放射線を測るために、長い年月をかけて私たちが培ったものでした。宇宙の過酷な環境で安定に動作し、微弱な信号をもれなく集める検出器の応用先が、実は福島の農民のそばにもあったのです。私が所属する理化学研究所は、「基礎から応用まで」を合言葉に1917年に創立されました。創立100年まであと2年です。諸先輩に倣い、宇宙物理学という基礎科学分野で培われた技術を、風評被害で悩む農民のために応用してその緩和に少しでも貢献できたことを、私たちは誇りに感じています。

Fuji Sankei Business i. 2015年3月12日 高論卓説
許可を得て転載

生命進化の統一理論:超新星、放射性火山灰降下、ゲノム不安定、大絶滅による進化United theory of biological evolution: Disaster-forced evolution through Supernova, radioactive ash fall-outs, genome instability, and mass extinctions 

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大災害による生命進化の一般的な理論的な枠組みを提案する。その枠組みは、ダーウィンの系統漸進説、エルドリッジ・グールドの断続平衡説を包含し、さらに、大絶滅による大進化、そして異所性、側所性、同所性種分化の理論を包含している。それは、超新星遭遇による全球的大災害、もしくは大陸性アルカリ火山による放射性の火山灰降下による局所的大災害によって、種同士の生殖隔離が、どのように確立するかを記述している。

この新しい進化モデルは、大災害によって強制された種分化が、高い放射線レベルによる高い染色体変異率、小さな個体数、そして、生息域の収縮による孤立、の3つの要因で駆動されることを指摘している。半孤立したグループの母集団からの種分化を記述する簡単な数値モデルを構築し、種分化に必要な世代数を評価した。それは観察例から得られる値と整合的である。例えば、変異率が1世代あたり、1個体あたり千分の一から十万分の一と小さい場合は、種分化には少なくとも10万世代かかる。しかし、それが0.1近くまで大きいと、側所的な場合に、それよりもずっと早く千世代くらいで種分化する。さらに、1近くまで大きくて、有効個体数が20-30位まで少ないと、同所的であっても、種分化が起きる。

超新星遭遇による全球的な大災害や放射性火山灰降下による局所的な大災害時は、高い放射線レベルのために、染色体変異率が非常に高くなる。このような、急速な種分化は、カンブリアの生命多様性の大進化のような大絶滅に伴う大進化も説明する。同じような急速な進化は、小規模ではあるが、現在のアフリカ大地溝帯におけるシクリッドや人類を含む大型類人猿の進化に見られる。これらは、大陸性アルカリ火山による放射性火山灰降下によるものと考えられる。

1) Ebisuzaki, T. and Maruyama, S., United theory of biological evolution: Disaster-forced evolution through Supernova, radioactive ash fall-outs, genome instability, and mass extinctionsGeoscience Frontiers, 6, 103–119.